🧭 Durada estimada: 12 hores

Objectiu

Identificar, analitzar i interrelacionar els tres components fonamentals de l'arquitectura d'un ordinador: el processador (CPU), la placa base i la memòria RAM.

Introducció

Després d'haver introduït els conceptes bàsics dels sistemes informàtics, en aquest segon OA ens endinsem en l'estudi del nucli físic de l'ordinador. Si considerem l'equip com un organisme, estem a punt d'analitzar-ne el cervell (Processador), el sistema nerviós central que ho connecta tot (Placa Base) i la seva capacitat de treball immediat (Memòria RAM).

Aquests tres components formen una trilogia indivisible: l'elecció d'un d'ells condiciona immediatament els altres dos. Per tant, al llarg d'aquesta OA no només estudiarem cada element per separat, sinó que posarem un èmfasi especial en la seva interconnexió:

Comprendre aquests elements és indispensable per a qualsevol tècnic, ja que constitueixen la base per al diagnòstic d'avaries, l'actualització d'equips (upgrade) i el muntatge de nous sistemes a mida.

La Placa Base

Dins del bloc de maquinari, si la CPU és el cervell, la Placa Base (en anglès Motherboard o Mainboard) és el sistema nerviós i l'esquelet del PC. És el component més gran de l'ordinador i el que determinarà les capacitats d'expansió, la connectivitat i, sovint, la vida útil de l'equip.

Físicament, és un gran circuit imprès (PCB) multicapa on es connecten, directament o mitjançant cables, tots els altres components. La seva qualitat de fabricació és crítica perquè per les seves pistes hi circulen senyals d'alta freqüència que no poden patir interferències.

Factors de Forma (Form Factors)

El primer que defineix una placa base és la seva mida i la disposició dels forats de muntatge. Això s'anomena "Factor de Forma" i està estandarditzat perquè qualsevol placa encaixi en qualsevol xassís compatible.

Els estàndards més utilitzats en el mercat de consum són:


Imatge dels estandars més utilitzats

🧰 Consell pràctic: Compatibilitat de Caixa. La compatibilitat funciona "cap avall": una caixa gran (ATX) sol admetre plaques més petites (Micro-ATX i Mini-ITX) movent els cargols separadors (standoffs). Una caixa petita (Micro-ATX) MAI podrà allotjar una placa gran (ATX). Abans de comprar, revisa sempre les especificacions del xassís.
El Chipset i l'Arquitectura Interna

Si mirem una placa base moderna, veurem molts circuits, però la lògica la controla el Chipset. Antigament, les plaques tenien dos xips principals:

  1. Northbridge (Pont Nord): Es comunicava amb la CPU, la RAM i la Gràfica (alta velocitat).
  2. Southbridge (Pont Sud): Controlava els discos durs, USBs, àudio i xarxa (baixa velocitat).

Arquitectura actual: Avui dia, el Northbridge ha desaparegut perquè s'ha integrat dins del propi processador per guanyar velocitat. El que queda a la placa base és el que abans era el Southbridge, i és el que anomenem actualment Chipset o PCH (Platform Controller Hub). El podem veure com un conjunt de circuits integrats a la placa base que determina com es comuniquen la CPU, la RAM, l'emmagatzematge i els perifèrics.

El chipset actua com un director de trànsit. Controla:

🧰 Consell pràctic: Un tècnic ha d'evitar muntar una CPU de gamma alta en una placa base amb chipset de gamma baixa. Resultat: Encara que l'ordinador s'encendrà, la placa base no podrà subministrar l'energia o les dades prou ràpid, i la CPU no arribarà mai al seu rendiment real. És com posar el motor d'un Ferrari en un cotxe petit de ciutat.

El Chipset determina:

🎯 Aclariment pràctic: Les gammes de Chipsets. Tant Intel com AMD classifiquen els seus chipsets amb lletres que ens indiquen la gamma:
El Sòcol (Socket)

És la matriu on s'instal·la el processador. És el punt més crític de compatibilitat: una CPU només entra en el seu sòcol específic.

Sòcol PGA (esquerra) i Sòcl LGA (dreta)

VRM (Mòdul Regulador de Voltatge)

Al voltant del sòcol de la CPU veuràs uns cubs grisos i uns transistors, sovint coberts per dissipadors metàl·lics. Són els VRM. La seva funció és convertir els 12V que venen de la font d'alimentació (molt inestables per a un xip) als aprox. 1,1 V - 1,4 V que necessita la CPU, amb una precisió quirúrgica. Una placa base amb mals VRM pot fer que un processador potent funcioni lent per evitar sobreescalfar-se (thermal throttling).


Mòdul VRM d’una placa base

Connectivitat i Expansió

Ranures PCIe (PCI Express): Són les vies ràpides.


Ranuers PCIe llargues

Ranures M.2: Connectors petits i plans on es cargolen els discos SSD moderns (NVMe) directament a la placa, sense cables.


Disc dur NVMe

Connectors interns:


Connector del pantell frontal

💡 Exemple: Imagina que veus una caixa que diu: "ASUS TUF B550M-PLUS WIFI".

El Processador - Arquitectura i Rendiment

El processador o CPU (Central Processing Unit) és el component més complex. És una pastilla de silici de la mida d'una ungla que conté milers de milions de transistors microscòpics (interruptors que s'obren i tanquen). La seva funció és llegir instruccions de la memòria, descodificar-les i executar-les.

Però, com sabem si un processador és "ràpid"? Fa anys, només miràvem els Gigahertzs (GHz). Avui dia, això és un error. Per entendre el rendiment real, hem d'analitzar la seva arquitectura interna.


Processador Intel amb les connexions a la placa base

El procés de fabricació

La Litografia (Nanòmetres): Tot comença amb la fabricació. Els transistors es "dibuixen" sobre el silici utilitzant llum (fotolitografia). Com més petits siguin els transistors, més en caben en el mateix espai i menys energia consumeixen. 

Per tant, un processador de 5 nm sol ser més fresc i ràpid que un de 14 nm, fins i tot a la mateixa velocitat de rellotge.

La velocitat real: Freqüència vs IPC

Cal diferenciar aquests dos conceptes clarament:

🎯 Aclariment pràctic: Imagina dos paletes construint un mur: Conclusió: Un processador modern a 3 GHz és molt més ràpid que un processador de fa 10 anys a 4 GHz, perquè el seu IPC és molt superior.
Nuclis (Cores) i Fils (Threads)

Antigament, els processadors tenien un sol nucli (Single Core). Per fer dues coses alhora, havien d'anar canviant de tasca molt ràpidament. Avui dia tenim:

Arquitectura Híbrida (big.LITTLE)

13a i 14a generació i xips Apple M1/M2/M3), s'ha introduït un canvi de paradigma: barrejar tipus de nuclis.

Per exmple, a nivell de SO, el sistema operatiu MS Windows 11 pot decidir on enviar cada tasca.

La Jerarquia de Memòria Caché

La memòria RAM és ràpida, però per a una CPU moderna (que treballa a nanosegons), la RAM és desesperadament lenta. Per evitar que el processador estigui "parat" esperant dades (el que anomenem Coll d'ampolla), s'utilitzen memòries intermèdies ultraràpides dins del mateix processador: la Caché. S'organitza en nivells (L):

🧰 Consell pràctic: Quan importa la Caché? Per a ofimàtica (Word, Excel), la caché importa poc. Però en Gaming i aplicacions de bases de dades, una memòria Caché L3 gran pot disparar el rendiment, ja que evita que la CPU hagi de "preguntar" constantment a la lenta memòria RAM.
💡 Exemple: Interpretació d'un Intel Core i5-13600K:
Modes de Freqüència: Base vs Turbo
Els processadors ja no funcionen a velocitat fixa.

El Processador II - Física, Sòcols i Refrigeració

Per molt potent que sigui l'arquitectura d'un processador, en el món físic es troba amb dos grans enemics: la incompatibilitat mecànica i la calor.

Tota l'electricitat que entra a la CPU per fer càlculs es transforma, inevitablement, en calor (Efecte Joule). Si no gestionem aquesta calor, el component més car de l'equip es pot degradar o apagar. En aquesta secció analitzarem la connexió física (sòcol) i la gestió tèrmica.


Processadr AMD amb les connexions a la placa base

El Sòcol (Socket) - La interfície física

La interfície física El sòcol és el connector de la placa base on s'instal·la el processador. A diferència d'una ranura PCIe o USB, el sòcol canvia cada poques generacions. No pots forçar mai una CPU en un sòcol que no li correspon.

Existeixen tres grans tecnologies de muntatge:

🧰 Consell pràctic: La "Triangle Rule". Tant la CPU com el sòcol tenen una marca (normalment un petit triangle daurat o gravat en una cantonada). Aquestes dues marques sempre han de coincidir. Si poses la CPU girada 90 graus i tanques la palanca, destruiràs el component. Mai s'ha de fer força per inserir la CPU; ha d'entrar pel seu propi pes.
L'IHS (Integrated Heat Spreader)

La part superior metàl·lica (platejada) que veiem del processador no és el xip de silici (el die). És una tapa de coure niquelat anomenada IHS. La seva funció és doble:

  1. Protegir el fràgil nucli de silici dels cops del dissipador.
  2. Repartir la calor generada pel petit nucli cap a una superfície més gran per facilitar-ne la refrigeració.
El TDP (Thermal Design Power)

Aquest valor és crític per triar el sistema de refrigeració. El TDP es mesura en Watts (W), però no indica exactament el consum elèctric, sinó la quantitat de calor que el sistema de refrigeració ha de ser capaç de dissipar perquè la CPU funcioni a la freqüència base.

👑 La Regla d'Or: El dissipador ha de suportar, com a mínim, el TDP del processador.
La Pasta Tèrmica (TIM) i Refrigeració

Aquí és on falla la física. Encara que l'IHS del processador i la base del dissipador semblin perfectament llisos, a nivell microscòpic són rugosos, plens de valls i cims. Si posem metall contra metall, quedaran microboses d'aire entremig. L'aire és un aïllant tèrmic (com en un edredó o una finestra de doble vidre), per tant, la calor no passarà al dissipador i la CPU es cremarà.

La pasta tèrmica és un compost (sovint amb partícules de plata o ceràmica) dissenyat per omplir aquests forats microscòpics i expulsar l'aire, creant un pont tèrmic. Molts dissipadors de sèrie ja porten una capa de pasta pre-aplicada de fàbrica (normalment protegida per un plàstic que cal retirar).


Aplicació de la pasta tèrmcia en una CPU

🎯 Aclariment pràctic: "Menys és més". L'objectiu de la pasta és només omplir les imperfeccions. El metall condueix la calor millor que la pasta. Si poses una capa massa gruixuda, la pròpia pasta farà de barrera i empitjorarà la refrigeració. La quantitat ideal és la mida d'un pèsol al centre, o una línia fina.
Sistemes de Refrigeració: Aire vs Líquida
Un cop la calor ha passat de la CPU al dissipador gràcies a la pasta, cal enviar-la a l'ambient
Thermal Throttling (Estrangulament Tèrmic)

Què passa si el ventilador es trenca o la pasta tèrmica s'asseca? Els processadors moderns tenen sensors de temperatura interns. Si arriben a la seva temperatura màxima de seguretat (T-Junction, normalment 100°C), activen el Thermal Throttling. Això consisteix a baixar dràsticament la velocitat (MHz) i el voltatge per generà menys calor. 

Per exemple, si un ordinador no s'apaga, però de cop i volta tot va extremadament lent i els jocs va a trompades (baixen els FPS). És un mecanisme de supervivència.

💡 Exemple: Diagnòstic ràpid. Un client et porta un PC que "s'apaga sol quan jugo 10 minuts".
  1. Instal·les un programari de monitoratge (com HWMonitor).
  2. Veus que la CPU està a 50°C sense fer res (Idle). Això és massa alt.
  3. Llances una prova d'estrès. La temperatura puja a 100°C en 2 segons i l'equip s'apaga.
Conclusió: El dissipador està mal muntat (no fa contacte) o la bomba de la líquida ha mort. No és un virus ni un error de Windows.

La memòria RAM (o principal)

La RAM (Random Access Memory) és la memòria de treball del sistema. És volàtil, el que significa que perd tota la informació quan apaguem l'ordinador.

Per què la necessitem si ja tenim un disc dur? Per velocitat. Un SSD modern pot llegir dades a 7.000 MB/s, però la CPU necessita les dades a velocitats de 50.000 MB/s o més. La RAM actua com un intermediari ultraràpid: el sistema carrega les dades del disc (lent) a la RAM (ràpid) perquè el processador les pugui fer servir a l'instant.


Memòria RAM DDR5

Formats Físics: DIMM vs SO-DIMM

Abans de mirar especificacions, hem de saber si la memòria entra físicament a l'equip.

Generacions: L'estàndard DDR

La memòria actual és de tipus DDR SDRAM (Double Data Rate). Cada nova generació és més ràpida i consumeix menys voltatge, però no són retrocompatibles.

Memòria DDR5 (esquerra) vs DDR4 (dreta)

🧰 Consell pràctic: La osca de seguretat (Key Notch). Si mires els pins daurats de la RAM, veuràs que hi ha una osque (un tall) que no està al centre. Aquesta osca canvia de lloc en cada generació (DDR3, DDR4, DDR5). Això impedeix físicament que connectis un mòdul DDR4 en una ranura DDR5 i cremis l'equip. No forcis mai un mòdul; si no entra, revisa l'osca.
Rendiment: Freqüència vs Latència
La velocitat de la RAM és un equilibri entre dues xifres: Una memòria a 6000 MHz però amb una latència altíssima (CL40) pot ser, a la pràctica, igual de ràpida que una de 3600 MHz amb latència molt baixa (CL14).
Arquitectura Dual Chanel
Aquest és el concepte més important per al rendiment real. El processador accedeix a la memòria a través d'un "camí" (bus) de 64 bits. Si instal·lem dos mòduls idèntics en els sòcols correctes, activem el Dual Channel. Això permet accedir als dos mòduls simultàniament, convertint el camí en una autopista de 128 bits, duplicant efectivament l'ample de banda.
🎯 Aclariment pràctic: On punxo la RAM?
Les plaques base solen tenir 4 ranures (A1, A2, B1, B2). Si tens 2 mòduls, no els posis junts (A1 i A2). Normalment, per activar el Dual Channel, has de deixar un espai buit al mig. La configuració estàndard és utilitzar els slots A2 i B2 (el segon i el quart comptant des de la CPU). Consulta sempre el manual de la placa o el text imprès al PCB.
Perfils XMP, DOCP i EXPO
Quan compres una memòria RAM "Gamer" de 3600 MHz i la connectes, l'ordinador arrencarà... però probablement a 2133 MHz o 2400 MHz (velocitat base JEDEC). Per què? Perquè les altes velocitats són tècnicament "overclocking" garantit pel fabricant. Per fer que vagin a la velocitat anunciada a la caixa, has d'entrar a la BIOS/UEFI i activar un perfil:
💡 Exemple: Imagina que has de muntar un PC per a oficina. Hauries de triar l'Opció B. Encara que la capacitat total sigui la mateixa, l'Opció B aprofita el Dual Channel i l'equip anirà visiblement més fluid en obrir programes o tenir moltes pestanyes del navegador, pel mateix preu.